專利名稱：用于轉換燃料物質的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于轉換燃料物質的系統(tǒng)，比如鍋爐，尤其涉及用在燃料轉換中的氧化還原反應器系統(tǒng)。
背景技術：
化學鏈技術是一項有前景的技術，其意圖通過使用載氧體取代直接氧氣來達到固體燃料的氣化或燃燒?；瘜W鏈是一個過程，通過這個過程碳基原料的燃燒或氣化在兩個步驟中發(fā)生。在第一步中，載氧體在燃料反應器中釋放氧氣，載氧體被固體燃料還原并隨之被轉移到空氣反應器。燃料顆粒、灰燼和被還原的載氧體在燃料反應器中產生。在第二步中，被還原的載氧體在空氣反應器中被空氣氧化。在化學鏈過程中，由燃料反應器中燃料的燃燒或氣化所產生的氣體隨即被消除或幾近消除氮。載氧體一般可以包括金屬氧化物或其他富氧化合物。大部分的化學鏈技術采用流化床技術用于燃料反應器，以得益于高駐留時間，同樣得益于與流化床有關的良好混合。流化床可以是鼓泡流化床或循環(huán)流化床。被引入用于轉換燃料物質的傳統(tǒng)系統(tǒng)的標準碎煤具有2毫米的平均直徑，而且煤的最大尺寸可以達到20毫米。最終沒有成為飛灰的最大顆粒因此需要作為底灰被移除。飛灰燼和底灰燼之間的當前比率為60/40并且趨于下降到40/60。需要涉及專用的底灰燼提取系統(tǒng)以移除通過燃料物質被引入系統(tǒng)的灰燼的大約一半。因此，主要的挑戰(zhàn)是在將載氧體送入空氣反應器用于氧化和再生之前從載氧體中分離燃料顆粒和灰燼。用于轉換燃料物質的傳統(tǒng)化學鏈系統(tǒng)包括碳分離器，例如文獻FR 2850156中所提及的。碳分離器(carbon separator)也被叫做“碳剝離器(carbon stripper) ”，被安置在空氣反應器與燃料反應器之間。為了從系統(tǒng)排出灰燼，傳統(tǒng)化學鏈系統(tǒng)還包括安置在燃料和/或空氣反應器底部的灰燼分離器。這種提取通常位于反應器的最底部。存在幾種提取孔的位置不同的設計。 通過移動某一導致垂直提取的管口，孔可以位于反應器的爐格柵(grate)的中間。孔可以位于具有橫向提取的反應器的側壁上，所述橫向提取具有由錐形閥控制的流量。這些系統(tǒng)具有的缺點為灰燼分離器在燃料和/或空氣反應器的底部或接近底部包括重且復雜的分離器系統(tǒng)。而且，在燃料反應器和空氣反應器底部的固體混合物一般包括大約10%的灰燼。 如果需要提取1公斤/秒的灰燼，這就意味著包含1公斤/秒灰燼的、10公斤/秒的混合物將被提取。因此，需要處理的固體量是實際需要的固體量的十倍。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目的就是提供一個在這種方式下的用于轉換燃料物質的系統(tǒng)，以解決上述問題。上述目的通過用于一種轉換燃料物質的系統(tǒng)實現，其包括第一反應器，在該第一反應器中，燃料物質與氧化物物質發(fā)生反應以產生包括燃料顆粒、灰燼和氧化物顆粒的反應產品，第二反應器，用于將在第一反應器中產生的氧化物顆粒氧化，碳分離器，其接收在第一反應器中產生的燃料顆粒、灰燼和氧化物顆粒并適合用于將氧化物顆粒和灰燼與燃料顆粒分離，碳分離器包括用于氧化物顆粒和灰燼排出的出口通道。根據本發(fā)明，碳分離器的所述出口通道連接到用于將灰燼與氧化物顆粒分離的灰燼分離器。這種特定的布置提供從燃料顆粒、灰燼和氧化物顆粒的混合物開始，其有可能以簡單的方式將這三種化合物彼此分開。由碳分離器和灰燼分離器構成的裝置安裝緊湊且經濟。因此，氧化物顆?？梢员凰腿肟諝夥磻饕栽偕Ｎ慈紵奶伎梢员凰突氐饺剂戏磻饕赃M一步氧化，灰燼被移除以避免系統(tǒng)中灰燼富集，該灰燼富集可以造成結塊。最后，這種具體布置避免了在燃料和/或空氣反應器底部的灰燼分離器的復雜和高成本使用。值得一提的是碳分離器和灰燼分離器均被流化且系統(tǒng)包括控制每個分離器流化速度的裝置?；覡a密度比燃料顆粒密度高，灰燼分離器的流化速度最好比碳分離器的流化速度
尚ο碳分離器和灰燼分離器可以通過公共的側壁而為毗連的分離器。碳分離器和灰燼分離器可以通過管連接。在這種情況下，灰燼分離器可以安置得比碳分離器低。有利地，燃料反應器連接到一低效率旋風分離器，該低效率旋風分離器包括連接到碳分離器的下側出口和連接到一高效旋風分離器相連的上側出口。燃料物質典型地是煤。氧化物物質典型地是金屬氧化物。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將由下面僅通過非限制性示例的方式給出的本發(fā)明實施例的描述體現出來，并參考所附附圖，其中圖1是根據本發(fā)明的用于轉換燃料物質的系統(tǒng)的示意圖，圖2是根據第一實施例的系統(tǒng)的一部分的示意圖，及圖3是根據第二實施例的系統(tǒng)的一部分的示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，根據本發(fā)明的用于轉換燃料物質的系統(tǒng)1，其被計劃用于生產電力和 /或蒸汽，包括燃料反應器2、空氣反應器3(air reactor)和碳分離器4。
來自燃料筒倉5而來的固體燃料物質和來自氧化物筒倉6的金屬氧化物進入燃料反應器2。固體燃料物質最好是煤。金屬氧化物可以基于鐵、鎳、鋁或其混合物。燃料反應器2被蒸汽和/或再循環(huán)的煙氣和/或二氧化碳流化。第一分離設備， 最好是低效分離旋風分離器7，其被供給來自燃料反應器2的燃燒氣體、灰燼、燃料顆粒和氧化物顆粒。燃燒氣體主要包括二氧化碳和蒸汽。分離設備的效率是設備所收集的顆粒的量與設備入口處固體的量的比率。低效分離旋風分離器7的上側固體流被流通進入高分離設備，最好是高效分離旋風分離器8。因此，主要包括細微碳顆粒的固體與飛灰分離并通過密封罐14被重新引入燃料反應器2。離開低效旋風分離器7的固體進入密封罐9，第一部分自該密封罐被導入燃料反應器2且第二部分自該密封罐被導入碳分離器4。密封罐9可以被蒸汽和/或再循環(huán)的煙氣流化。碳分離器4從較密實和較大的氧化物顆粒和灰燼中分離出細微和輕的顆粒，例如含碳殘渣，其被送到燃料反應器2，所述較密實和較大的氧化物顆粒和灰燼被送入空氣反應器3。根據本發(fā)明，碳分離器4連接到灰燼分離器10，該灰燼分離器10包括特定的出口 IOa 以允許灰燼排出。進入燃料反應器2的燃料物質的平均顆粒直徑最好比氧化物物質的平均顆粒直徑要小。更佳的是，燃料物質的平均顆粒直徑被控制到至多為氧化物物質的平均顆粒直徑的二分之一。燃料物質的平均顆粒直徑可以為大約50微米。其可以在50和60微米之間。在這種情況下，氧化物顆粒的密度比燃料顆粒的密度要高，灰燼的密度處于燃料顆粒的密度和氧化物顆粒的密度之間。來自碳分離器和灰燼分離器4、10的氧化物顆粒在空氣反應器3中被空氣氧化。離開空氣反應器3的氧化物和用后的空氣進入分離設備11，典型的是旋風分離器，氧化物顆粒在其中與包括氮氣和氧氣的氣體分離。從旋風分離器11底部提取的固體氧化物顆粒進入密封罐12，第一部分自該密封罐被轉移到空氣反應器3的底部且第二部分自該密封罐被導到燃料反應器2的底部。密封罐12可以用空氣流化。圖2和3中示出了碳分離器4和灰燼分離器10聯合的細節(jié)圖。圖2和3示意性地示出了用在根據本發(fā)明的用于轉換燃料物質的系統(tǒng)中的碳分離器和灰燼分離器組件的兩個實施例。碳分離器4包括入口 4a，燃料顆粒FP、氧化物顆粒OP和灰燼A通過該入口進入碳分離器4。氧化物顆粒OP是在燃料反應器中已經被至少部分被還原(reduced)的氧化物顆粒。碳分離器4由流化裝置F流化。流化裝置F可以是布置在碳分離器4底部的蒸汽和/ 或再循環(huán)的煙氣和/或二氧化碳入口。密度大約1. 2的細微和輕的燃料顆粒FP通過碳分離器4的出口 4b被導向燃料反應器而較密實且較大的氧化物顆粒OP和灰燼A被導向灰燼分離器10?；覡a分離器10由流化裝置F流化。流化裝置F可以是布置在碳分離器4底部的蒸汽和/或再循環(huán)的煙氣和/或二氧化碳入口。輕的灰燼A從出口 IOa流向氣體處理系統(tǒng)而較密實的氧化物顆粒OP經過灰燼分離器10的出口 IOb轉移到空氣反應器。
為了控制系統(tǒng)中的灰燼濃度，碳分離器4和灰燼分離器10的流化速度可以被控制。流化速度可以基于灰燼A和氧化物顆粒OP各自的密度(分別為大約2. 5和4.幻。因此，灰燼分離器10可以在0. 3到0. 8米/秒之間的速度被流化，且碳分離器4可以在0. 1 到0. 6米/秒之間的速度被流化。根據第一實施例，如圖2所示，碳分離器4和灰燼分離器10通過公共的側壁13而毗連。碳分離器4和灰燼分離器10通過側壁13的開口如相連接。根據第二實施例，如圖3所示，碳分離器4和灰燼分離器通過管如連接。而且，為了促進氧化物顆粒OP和灰燼A從碳分離器4到灰燼分離器10的轉移，灰燼分離器10可以低于碳分離器4安置。
權利要求
1.用于轉換燃料物質的系統(tǒng)(1)，其包括第一反應器O)，在該第一反應器中，燃料物質與氧化物物質發(fā)生反應以產生包括燃料顆粒、灰燼和氧化物顆粒的反應產品，第二反應器(3)，用于將在第一反應器O)中產生的氧化物顆粒氧化， 碳分離器G)，其接收在第一反應器O)中產生的燃料顆粒、灰燼和氧化物顆粒并適合用于將氧化物顆粒和灰燼與燃料顆粒分離，所述碳分離器(4)包括用于氧化物顆粒和灰燼排出的出口通道Ge)，其中，碳分離器(4)的所述出口通道Ge)連接到用于將灰燼與氧化物顆粒分離的灰燼分離器(10)。
2.根據權利要求1所述的系統(tǒng)(1)，其特征在于，碳分離器(4)和灰燼分離器(10)均被流化且所述系統(tǒng)(1)包括控制每個分離器G、10)流化速度的裝置。
3.根據權利要求2所述的系統(tǒng)(1)，其特征在于，灰燼分離器的流化速度較碳分離器的流化速度要高。
4.根據權利要求1到3中任一項所述的系統(tǒng)(1)，其特征在于，碳分離器(4)和灰燼分離器(10)可以通過公共的側壁(13)而為相毗連的分離器0、10)。
5.根據權利要求1到3中任一項所述的系統(tǒng)(1)，其特征在于，碳分離器(4)和灰燼分離器(10)通過管(4c)相連。
6.根據權利要求5所述的系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述灰燼分離器(10)低于碳分離器 (4)安置。
7.根據權利要求1到6中任一項所述的系統(tǒng)(1)，其特征在于，燃料反應器(2)連接到低效率旋風分離器(7)，該低效率旋風分離器包括連接到所述碳分離器的下側出口和連接到一高效旋風分離器(8)的上側出口。
8.根據權利要求1到7中任一項所述的系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述燃料物質是煤。
9.根據權利要求1到8中任一項所述的系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述氧化物物質是金屬氧化物。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于轉換燃料物質的系統(tǒng)(1)，其包括第一反應器(2)，在該第一反應器中，燃料物質與氧化物物質發(fā)生反應以產生包括燃料顆粒、灰燼和氧化物顆粒的反應產品；第二反應器(3)，用于將在第一反應器(2)中產生的氧化物顆粒氧化；碳分離器(4)，其接收在第一反應器(2)中產生的燃料顆粒、灰燼和氧化物顆粒并適合用于將氧化物顆粒和灰燼與燃料顆粒分離，所述碳分離器(4)包括用于氧化物顆粒和灰燼排出的出口通道(4c)；碳分離器(4)的所述出口通道(4c)連接到用于將灰燼與氧化物顆粒分離的灰燼分離器(10)。
文檔編號F23J1/02GK102460017SQ201080026196
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權日2009年6月12日
發(fā)明者洛朗·馬蓋迪西安, 科琳·貝亞爾, 邁克爾·萬迪克 申請人:阿爾斯通技術有限公司